973 resultados para Hydrophobic organic compounds
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Für das Vermögen der Atmosphäre sich selbst zu reinigen spielen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) eine bedeutende Rolle. Diese Spurengase bestimmen die photochemische Produktion von Ozon (O3) und beeinflussen das Vorkommen von Hydroxyl- (OH) und Nitrat-Radikalen (NO3). Wenn tagsüber ausreichend Solarstrahlung und Ozon vorherrschen, stehen NO und NO2 in einem schnellen photochemischen Gleichgewicht, dem „Photostationären Gleichgewichtszustand“ (engl.: photostationary state). Die Summe von NO und NO2 wird deshalb als NOx zusammengefasst. Vorhergehende Studien zum photostationären Gleichgewichtszustand von NOx umfassen Messungen an unterschiedlichsten Orten, angefangen bei Städten (geprägt von starken Luftverschmutzungen), bis hin zu abgeschiedenen Regionen (geprägt von geringeren Luftverschmutzungen). Während der photochemische Kreislauf von NO und NO2 unter Bedingungen erhöhter NOx-Konzentrationen grundlegend verstanden ist, gibt es in ländlicheren und entlegenen Regionen, welche geprägt sind von niedrigeren NOx-Konzetrationen, signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Zyklierungsprozesse. Diese Lücken könnten durch messtechnische NO2-Interferenzen bedingt sein - insbesondere bei indirekten Nachweismethoden, welche von Artefakten beeinflusst sein können. Bei sehr niedrigen NOx-Konzentrationen und wenn messtechnische NO2-Interferenzen ausgeschlossen werden können, wird häufig geschlussfolgert, dass diese Verständnislücken mit der Existenz eines „unbekannten Oxidationsmittels“ (engl.: unknown oxidant) verknüpft ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird der photostationäre Gleichgewichtszustand von NOx analysiert, mit dem Ziel die potenzielle Existenz bislang unbekannter Prozesse zu untersuchen. Ein Gasanalysator für die direkte Messung von atmosphärischem NO¬2 mittels laserinduzierter Fluoreszenzmesstechnik (engl. LIF – laser induced fluorescence), GANDALF, wurde neu entwickelt und während der Messkampagne PARADE 2011 erstmals für Feldmessungen eingesetzt. Die Messungen im Rahmen von PARADE wurden im Sommer 2011 in einem ländlich geprägten Gebiet in Deutschland durchgeführt. Umfangreiche NO2-Messungen unter Verwendung unterschiedlicher Messtechniken (DOAS, CLD und CRD) ermöglichten einen ausführlichen und erfolgreichen Vergleich von GANDALF mit den übrigen NO2-Messtechniken. Weitere relevante Spurengase und meteorologische Parameter wurden gemessen, um den photostationären Zustand von NOx, basierend auf den NO2-Messungen mit GANDALF in dieser Umgebung zu untersuchen. Während PARADE wurden moderate NOx Mischungsverhältnisse an der Messstelle beobachtet (10^2 - 10^4 pptv). Mischungsverhältnisse biogener flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen (BVOC, engl.: biogenic volatile organic compounds) aus dem umgebenden Wald (hauptsächlich Nadelwald) lagen in der Größenordnung 10^2 pptv vor. Die Charakteristiken des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx bei niedrigen NOx-Mischungsverhältnissen (10 - 10^3 pptv) wurde für eine weitere Messstelle in einem borealen Waldgebiet während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 untersucht. HUMPPA–COPEC–2010 wurde im Sommer 2010 in der SMEARII-Station in Hyytiälä, Süd-Finnland, durchgeführt. Die charakteristischen Eigenschaften des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx in den beiden Waldgebieten werden in dieser Arbeit verglichen. Des Weiteren ermöglicht der umfangreiche Datensatz - dieser beinhaltet Messungen von relevanten Spurengasen für die Radikalchemie (OH, HO2), sowie der totalen OH-Reaktivität – das aktuelle Verständnis bezüglich der NOx-Photochemie unter Verwendung von einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, zu überprüfen und zu verbessern. Während NOx-Konzentrationen in HUMPPA-COPEC 2010 niedriger sind, im Vergleich zu PARADE 2011 und BVOC-Konzentrationen höher, sind die Zyklierungsprozesse von NO und NO2 in beiden Fällen grundlegend verstanden. Die Analyse des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx für die beiden stark unterschiedlichen Messstandorte zeigt auf, dass potenziell unbekannte Prozesse in keinem der beiden Fälle vorhanden sind. Die aktuelle Darstellung der NOx-Chemie wurde für HUMPPA-COPEC 2010 unter Verwendung des chemischen Mechanismus MIM3* simuliert. Die Ergebnisse der Simulation sind konsistent mit den Berechnungen basierend auf dem photostationären Gleichgewichtszustand von NOx.
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Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Edelga¬sen. Obwohl Partikel weniger als 0,1% ausmachen, spielen sie eine entscheidende Rolle in der Chemie und Physik der Atmosphäre, da sie das Klima der Erde sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen. Je nach Art der Bildung unterscheidet man zwischen primären und sekundären Partikeln, wobei primäre Partikel direkt in die Atmosphäre eingetragen werden. Sekundäre Partikel hingegen entstehen durch Kondensation von schwerflüchtigen Verbindungen aus der Gasphase, welche durch Reaktionen von gasförmigen Vorläufersubstanzen (volatile organic compounds, VOCs) mit atmosphärischen Oxidantien wie Ozon oder OH-Radikalen gebildet werden. Da die meisten Vorläufersubstanzen organischer Natur sind, wird das daraus gebil¬dete Aerosol als sekundäres organisches Aerosol (SOA) bezeichnet. Anders als die meisten primären Partikel stammen die VOCs überwiegend aus biogenen Quellen. Es handelt sich da¬bei um ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die bei intensiver Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen von Pflanzen emittiert werden. Viele der leichtflüchtigen Vorläufersubstanzen sind chiral, sowohl die Vorläufer als auch die daraus gebildeten Partikel werden aber in den meisten Studien als eine Verbindung betrachtet und gemeinsam analysiert. Die mit Modellen berechneten SOA-Konzentrationen, welche auf dieser traditionellen Vorstellung der SOA-Bil¬dung beruhen, liegen deutlich unterhalb der in der Atmosphäre gefundenen, so dass neben diesem Bildungsweg auch noch andere SOA-Bildungsarten existieren müssen. Aus diesem Grund wird der Fokus der heutigen Forschung vermehrt auf die heterogene Chemie in der Partikelphase gerichtet. Glyoxal als Modellsubstanz kommt hierbei eine wichtige Rolle zu. Es handelt sich bei dieser Verbindung um ein Molekül mit einem hohen Dampfdruck, das auf Grund dieser Eigenschaft nur in der Gasphase zu finden sein sollte. Da es aber über zwei Alde¬hydgruppen verfügt, ist es sehr gut wasserlöslich und kann dadurch in die Partikelphase über¬gehen, wo es heterogenen chemischen Prozessen unterliegt. Unter anderem werden in An¬wesenheit von Ammoniumionen Imidazole gebildet, welche wegen der beiden Stickstoff-He¬teroatome lichtabsorbierende Eigenschaften besitzen. Die Verteilung von Glyoxal zwischen der Gas- und der Partikelphase wird durch das Henrysche Gesetz beschrieben, wobei die Gleichgewichtskonstante die sogenannte Henry-Konstante ist. Diese ist abhängig von der un¬tersuchten organischen Verbindung und den im Partikel vorhandenen anorganischen Salzen. Für die Untersuchung chiraler Verbindungen im SOA wurde zunächst eine Filterextraktions¬methode entwickelt und die erhaltenen Proben anschließend mittels chiraler Hochleistungs-Flüssigchromatographie, welche an ein Elektrospray-Massenspektrometer gekoppelt war, analysiert. Der Fokus lag hierbei auf dem am häufigsten emittierten Monoterpen α-Pinen und seinem Hauptprodukt, der Pinsäure. Da bei der Ozonolyse des α-Pinens das cyclische Grund¬gerüst erhalten bleibt, können trotz der beiden im Molekül vorhanden chiralen Zentren nur zwei Pinsäure Enantiomere gebildet werden. Als Extraktionsmittel wurde eine Mischung aus Methanol/Wasser 9/1 gewählt, mit welcher Extraktionseffizienzen von 65% für Pinsäure Enan¬tiomer 1 und 68% für Pinsäure Enantiomer 2 erreicht werden konnten. Des Weiteren wurden Experimente in einer Atmosphärensimulationskammer durchgeführt, um die Produkte der α-Pinen Ozonolyse eindeutig zu charakterisieren. Enantiomer 1 wurde demnach aus (+)-α-Pinen gebildet und Enantiomer 2 entstand aus (-)-α-Pinen. Auf Filterproben aus dem brasilianischen Regenwald konnte ausschließlich Pinsäure Enantiomer 2 gefunden werden. Enantiomer 1 lag dauerhaft unterhalb der Nachweisgrenze von 18,27 ng/mL. Im borealen Nadelwald war das Verhältnis umgekehrt und Pinsäure Enantiomer 1 überwog vor Pinsäure Enantiomer 2. Das Verhältnis betrug 56% Enantiomer 1 zu 44% Enantiomer 2. Saisonale Verläufe im tropischen Regenwald zeigten, dass die Konzentrationen zur Trockenzeit im August höher waren als wäh¬rend der Regenzeit im Februar. Auch im borealen Nadelwald wurden im Sommer höhere Kon¬zentrationen gemessen als im Winter. Die Verhältnisse der Enantiomere änderten sich nicht im jahreszeitlichen Verlauf. Die Bestimmung der Henry-Konstanten von Glyoxal bei verschiedenen Saataerosolen, nämlich Ammoniumsulfat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid und Ammoniumnitrat sowie die irreversible Produktbildung aus Glyoxal in Anwesenheit von Ammoniak waren Forschungs¬gegenstand einer Atmosphärensimulationskammer-Kampagne am Paul-Scherrer-Institut in Villigen, Schweiz. Hierzu wurde zunächst das zu untersuchende Saataerosol in der Kammer vorgelegt und dann aus photochemisch erzeugten OH-Radikalen und Acetylen Glyoxal er¬zeugt. Für die Bestimmung der Glyoxalkonzentration im Kammeraerosol wurde zunächst eine beste¬hende Filterextraktionsmethode modifiziert und die Analyse mittels hochauflösender Mas¬senspektrometrie realisiert. Als Extraktionsmittel kam 100% Acetonitril, ACN zum Einsatz wo¬bei die Extraktionseffizienz bei 85% lag. Für die anschließende Derivatisierung wurde 2,4-Di¬nitrophenylhydrazin, DNPH verwendet. Dieses musste zuvor drei Mal mittels Festphasenex¬traktion gereinigt werden um störende Blindwerte ausreichend zu minimieren. Die gefunde¬nen Henry-Konstanten für Ammoniumsulfat als Saataerosol stimmten gut mit in der Literatur gefundenen Werten überein. Die Werte für Natriumnitrat und Natriumchlorid als Saataerosol waren kleiner als die von Ammoniumsulfat aber größer als der Wert von reinem Wasser. Für Ammoniumnitrat und Kaliumsulfat konnten keine Konstanten berechnet werden. Alle drei Saataerosole führten zu einem „Salting-in“. Das bedeutet, dass bei Erhöhung der Salzmolalität auch die Glyoxalkonzentration im Partikel stieg. Diese Beobachtungen sind auch in der Litera¬tur beschrieben, wobei die Ergebnisse dort nicht auf der Durchführung von Kammerexperi¬menten beruhen, sondern mittels bulk-Experimenten generiert wurden. Für die Trennung der Imidazole wurde eine neue Filterextraktionsmethode entwickelt, wobei sich ein Gemisch aus mit HCl angesäuertem ACN/H2O im Verhältnis 9/1 als optimales Extrak¬tionsmittel herausstellte. Drei verschiedenen Imidazole konnten mit dieser Methode quanti¬fiziert werden, nämlich 1-H-Imidazol-4-carbaldehyd (IC), Imidazol (IM) und 2,2‘-Biimidazol (BI). Die Effizienzen lagen für BI bei 95%, für IC bei 58% und für IM bei 75%. Kammerexperimente unter Zugabe von Ammoniak zeigten höhere Imidazolkonzentrationen als solche ohne. Wurden die Experimente ohne Ammoniak in Anwesenheit von Ammoni¬umsulfat durchgeführt, wurden höhere Imidazol-Konzentrationen gefunden als ohne Ammo¬niumionen. Auch die relative Luftfeuchtigkeit spielte eine wichtige Rolle, da sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige relative Luftfeuchtigkeit zu einer verminderten Imidazolbildung führte. Durch mit 13C-markiertem Kohlenstoff durchgeführte Experimente konnte eindeutig gezeigt werden, dass es sich bei den gebildeten Imidazolen und Glyoxalprodukte handelte. Außerdem konnte der in der Literatur beschriebene Bildungsmechanismus erfolgreich weiter¬entwickelt werden. Während der CYPHEX Kampagne in Zypern konnten erstmalig Imidazole in Feldproben nach¬gewiesen werden. Das Hauptprodukt IC zeigte einen tageszeitlichen Verlauf mit höheren Kon¬zentrationen während der Nacht und korrelierte signifikant aber schwach mit der Acidität und Ammoniumionenkonzentration des gefundenen Aerosols.
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The aim of this work is to evaluate the emissions of the main pollutants of a pellet stove, by trying to simulate the real use in domestic operations. All the operating phases of this system were considered: ignition, partial load, increase in power, and nominal load. In each phase, quantity and type of some pollutants in emissions were determined: the main pollutant gases (CO, NOx, SO2, H2S and volatile organic compounds (VOCs)), total dust (PM) and its content of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), regulated heavy metals (Ni, Cd, As and Pb), main soluble ions and Total Carbon (TC). Results show that emission factors of TSP, CO, and of the main determined pollutants (TC, Cd and PAHs) are higher during ignition phase. In particular, this phase prevalently contributes to PAHs emissions. During increase in power phase, gas and particulate emissions do not appreciably differ from nominal load ones; nevertheless, PAH emission factors are higher than steady state ones, but lower than ignition phase. Moreover, during not-steady state phases, PAH mixture is more toxic than during steady state phases. In conclusion, this study allowed to go deeper in pellet stove environmental impact, by pointing out how the different operating conditions can modify the emissions. These are different from certificated data, which are based exclusively on measurements in steady state conditions.
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The complete basis set methods CBS-4, CBS-QB3, and CBS-APNO, and the Gaussian methods G2 and G3 were used to calculate the gas phase energy differences between six different carboxylic acids and their respective anions. Two different continuum methods, SM5.42R and CPCM, were used to calculate the free energy differences of solvation for the acids and their anions. Relative pKa values were calculated for each acid using one of the acids as a reference point. The CBS-QB3 and CBS-APNO gas phase calculations, combined with the CPCM/HF/6-31+G(d)//HF/6-31G(d) or CPCM/HF/6-31+G(d)//HF/6-31+G(d) continuum solvation calculations on the lowest energy gas phase conformer, and with the conformationally averaged values, give results accurate to ½ pKa unit. © 2001 American Institute of Physics.
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Plant volatiles typically occur as a complex mixture of low-molecular weight lipophilic compounds derived from different biosynthetic pathways, and are seemingly produced as part of a defense strategy against biotic and abiotic stress, as well as contributing to various physiological functions of the producer organism. The biochemistry and molecular biology of plant volatiles is complex, and involves the interplay of several biochemical pathways and hundreds of genes. All plants are able to store and emit volatile organic compounds (VOCs), but the process shows remarkable genotypic variation and phenotypic plasticity. From a physiological standpoint, plant volatiles are involved in three critical processes, namely plant–plant interaction, the signaling between symbiotic organisms, and the attraction of pollinating insects. Their role in these ‘‘housekeeping’’ activities underlies agricultural applications that range from the search for sustainable methods for pest control to the production of flavors and fragrances. On the other hand, there is also growing evidence that VOCs are endowed with a range of biological activities in mammals, and that they represent a substantially under-exploited and still largely untapped source of novel drugs and drug leads. This review summarizes recent major developments in the study of biosynthesis, ecological functions and medicinal applications of plant VOCs.
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Aerosols are known to have important effects on climate, the atmosphere, and human health. The extent of those effects is unknown and largely depend on the interaction of aerosols with water in the atmosphere. Ambient aerosols are complex mixtures of both inorganic and organic compounds. The cloud condensation nuclei (CCN) activities, hygroscopic behavior and particle morphology of a monocarboxylic amino acid (leucine) and a dicarboxylic amino acid (glutamic acid) were investigated. Activation diameters at various supersaturation conditions were experimentally determined and compared with Köhler theoretical values. The theory accounts for both surface tension and the limited solubility of organic compounds. It was discovered that glutamic acid aerosols readily took on water both when relative humidity was less than 100% and when the supersaturation condition was reached, while leucine did not show any water activation at those conditions. Moreover, the study also suggests that Köhler theory describes CCN activity of organic compounds well when only surface tension of the compound is taken into account and complete solubility is assumed. Single parameter ¿ was also computed using both CCN data and hygroscopic growth factor (GF). The results of ¿ range from 0.17 to 0.53 using CCN data and 0.09 to 0.2 using GFs. Finally, the study suggests that during the water-evaporation/particle-nucleation process, crystallization from solution droplets takes place at different locations: for glutamic acid at the particles¿ center and leucine at the particles¿ boundary.
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Erosion of dentine causes mineral dissolution, while the organic compounds remain at the surface. Therefore, a determination of tissue loss is complicated. Established quantitative methods for the evaluation of enamel have also been used for dentine, but the suitability of these techniques in this field has not been systematically determined. Therefore, this study aimed to compare longitudinal microradiography (LMR), contacting (cPM) and non-contacting profilometry (ncPM), and analysis of dissolved calcium (Ca analysis) in the erosion solution. Results are discussed in the light of the histology of dentine erosion. Erosion was performed with 0.05 M citric acid (pH 2.5) for 30, 60, 90 or 120 min, and erosive loss was determined by each method. LMR, cPM and ncPM were performed before and after collagenase digestion of the demineralised organic surface layer, with an emphasis on moisture control. Scanning electron microscopy was performed on randomly selected specimens. All measurements were converted into micrometres. Profilometry was not suitable to adequately quantify mineral loss prior to collagenase digestion. After 120 min of erosion, values of 5.4 +/- 1.9 microm (ncPM) and 27.8 +/- 4.6 microm (cPM) were determined. Ca analysis revealed a mineral loss of 55.4 +/- 11.5 microm. The values for profilometry after matrix digestion were 43.0 +/- 5.5 microm (ncPM) and 46.9 +/- 6.2 (cPM). Relative and proportional biases were detected for all method comparisons. The mineral loss values were below the detection limit for LMR. The study revealed gross differences between methods, particularly when demineralised organic surface tissue was present. These results indicate that the choice of method is critical and depends on the parameter under study.
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Plant volatiles function as important signals for herbivores, parasitoids, predators, and neighboring plants. Herbivore attack can dramatically increase plant volatile emissions in many species. However, plants do not only react to herbivore-inflicted damage, but also already start adjusting their metabolism upon egg deposition by insects. Several studies have found evidence that egg deposition itself can induce the release of volatiles, but little is known about the effects of oviposition on the volatiles released in response to subsequent herbivory. To study this we measured the effect of oviposition by Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) moths on constitutive and herbivore-induced volatiles in maize (Zea mays L.). Results demonstrate that egg deposition reduces the constitutive emission of volatiles and suppresses the typical burst of inducible volatiles following mechanical damage and application of caterpillar regurgitant, a treatment that mimics herbivory. We discuss the possible mechanisms responsible for reducing the plant's signaling capacity triggered by S. frugiperda oviposition and how suppression of volatile organic compounds can influence the interaction between the plant, the herbivore, and other organisms in its environment. Future studies should consider oviposition as a potential modulator of plant responses to insect herbivores. © 2011 Springer-Verlag.
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Context. To date, calculations of planet formation have mainly focused on dynamics, and only a few have considered the chemical composition of refractory elements and compounds in the planetary bodies. While many studies have been concentrating on the chemical composition of volatile compounds (such as H2O, CO, CO2) incorporated in planets, only a few have considered the refractory materials as well, although they are of great importance for the formation of rocky planets. Aims. We computed the abundance of refractory elements in planetary bodies formed in stellar systems with a solar chemical composition by combining models of chemical composition and planet formation. We also considered the formation of refractory organic compounds, which have been ignored in previous studies on this topic. Methods. We used the commercial software package HSC Chemistry to compute the condensation sequence and chemical composition of refractory minerals incorporated into planets. The problem of refractory organic material is approached with two distinct model calculations: the first considers that the fraction of atoms used in the formation of organic compounds is removed from the system (i.e., organic compounds are formed in the gas phase and are non-reactive); and the second assumes that organic compounds are formed by the reaction between different compounds that had previously condensed from the gas phase. Results. Results show that refractory material represents more than 50 wt % of the mass of solids accreted by the simulated planets with up to 30 wt % of the total mass composed of refractory organic compounds. Carbide and silicate abundances are consistent with C/O and Mg/Si elemental ratios of 0.5 and 1.02 for the Sun. Less than 1 wt % of carbides are present in the planets, and pyroxene and olivine are formed in similar quantities. The model predicts planets that are similar in composition to those of the solar system. Starting from a common initial nebula composition, it also shows that a wide variety of chemically different planets can form, which means that the differences in planetary compositions are due to differences in the planetary formation process. Conclusions. We show that a model in which refractory organic material is absent from the system is more compatible with observations. The use of a planet formation model is essential to form a wide diversity of planets in a consistent way.
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Herbivore-induced volatile organic compounds prime non-attacked plant tissues to respond more strongly to subsequent attacks. However, the key volatiles that trigger this primed state remain largely unidentified. In maize, the release of the aromatic compound indole is herbivore-specific and occurs earlier than other induced responses. We therefore hypothesized that indole may be involved in airborne priming. Using indole-deficient mutants and synthetic indole dispensers, we show that herbivore-induced indole enhances the induction of defensive volatiles in neighbouring maize plants in a species-specific manner. Furthermore, the release of indole is essential for priming of mono- and homoterpenes in systemic leaves of attacked plants. Indole exposure markedly increases the herbivore-induced production of the stress hormones jasmonate-isoleucine conjugate and abscisic acid, which represents a likely mechanism for indole-dependent priming. These results demonstrate that indole functions as a rapid and potent aerial priming agent that prepares systemic tissues and neighbouring plants for incoming attacks.
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BACKGROUND Herbivore-damaged plants release a blend of volatile organic compounds (VOCs) that differs from undamaged plants. These induced changes are known to attract the natural enemies of the herbivores and therefore are expected to be important determinants of the effectiveness of biological control in agriculture. One way of boosting this phenomenon is the application of plant strengtheners, which has been shown to enhance parasitoid attraction in maize. It is unclear whether this is also the case for other important crops. RESULTS The plant strengtheners BTH [benzo (1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid S-methyl ester] and laminarin were applied to cotton plants, and the effects on volatile releases and the attraction of three hymenopteran parasitoids, Cotesia marginiventris, Campoletis sonorensis and Microplitis rufiventris, were studied. After treated and untreated plants were induced by real or simulated caterpillar feeding, it was found that BTH treatment increased the attraction of the parasitoids, whereas laminarin had no significant effect. BTH treatment selectively increased the release of two homoterpenes and reduced the emission of indole, the latter of which had been shown to interfere with parasitoid attraction in earlier studies. Canonical variate analyses of the data show that the parasitoid responses were dependent on the quality rather than the quantity of volatile emission in this tritrophic interaction. CONCLUSION Overall, these results strengthen the emerging paradigm that induction of plant defences with chemical elicitors such as BTH could provide a sustainable and environmentally friendly strategy for biological control of pests by enhancing the attractiveness of cultivated plants to natural enemies of insect herbivores. © 2014 Society of Chemical Industry
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Volatile organic compounds (VOCs) released by soil microorganisms influence plant growth and pathogen resistance. Yet, very little is known about their influence on herbivores and higher trophic levels. We studied the origin and role of a major bacterial VOC, 2,3-butanediol (2,3-BD), on plant growth, pathogen and herbivore resistance, and the attraction of natural enemies in maize. One of the major contributors to 2,3-BD in the headspace of soil-grown maize seedlings was identified as Enterobacter aerogenes, an endophytic bacterium that colonizes the plants. The production of 2,3-BD by E. aerogenes rendered maize plants more resistant against the Northern corn leaf blight fungus Setosphaeria turcica. On the contrary, E. aerogenes-inoculated plants were less resistant against the caterpillar Spodoptera littoralis. The effect of 2,3-BD on the attraction of the parasitoid Cotesia marginiventris was more variable: 2,3-BD application to the headspace of the plants had no effect on the parasitoids, but application to the soil increased parasitoid attraction. Furthermore, inoculation of seeds with E. aerogenes decreased plant attractiveness, whereas inoculation of soil with a total extract of soil microbes increased parasitoid attraction, suggesting that the effect of 2,3-BD on the parasitoid is indirect and depends on the composition of the microbial community.
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Plants attacked by leaf herbivores release volatile organic compounds (VOCs) both locally from the wounded site and systemically from non-attacked tissues. These volatiles serve as attractants for predators and parasitoids. This phenomenon is well described for plant leaves, but systemic induction of VOCs in the roots has remained unstudied. We assessed the spatial and temporal activation of the synthesis and release of (E)-β-caryophyllene (EβC) in maize roots upon feeding by larvae of Diabrotica virgifera virgifera, as well as the importance of systemically produced EβC for the attraction of the entomopathogenic nematode Heterorhabditis megidis. The production of EβC was found to be significantly stronger at the site of attack than in non-attacked tissues. A weak, but significant, increase in transcriptional activity of the EβC synthase gene tps23 and a corresponding increase in EβC content were observed in the roots above the feeding site and in adjacent roots, demonstrating for the first time that herbivory triggers systemic production of a volatile within root systems. In belowground olfactometers, the nematodes were significantly more attracted towards local feeding sites than systemically induced roots. The possible advantages and disadvantages of systemic volatile signalling in roots are discussed.
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The use of coal for fuel in place of oil and natural gas has been increasing in the United States. Typically, users store their reserves of coal outdoors in large piles and rainfall on the coal creates runoffs which may contain materials hazardous to the environment and the public's health. To study this hazard, rainfall on model coal piles was simulated, using deionized water and four coals of varying sulfur content. The simulated surface runoffs were collected during 9 rainfall simulations spaced 15 days apart. The runoffs were analyzed for 13 standard water quality parameters, extracted with organic solvents and then analyzed with capillary column GC/MS, and the extracts were tested for mutagenicity with the Ames Salmonella microsomal assay and for clastogenicity with Chinese hamster ovary cells.^ The runoffs from the high-sulfur coals and the lignite exhibited extremes of pH (acidity), specific conductance, chemical oxygen demand, and total suspended solids; the low-sulfur coal runoffs did not exhibit these extremes. Without treatment, effluents from these high-sulfur coals and lignite would not comply with federal water quality guidelines.^ Most extracts of the simulated surface runoffs contained at least 10 organic compounds including polycyclic aromatic hydrocarbons, their methyl and ethyl homologs, olefins, paraffins, and some terpenes. The concentrations of these compounds were generally less than 50 (mu)g/l in most extracts.^ Some of the extracts were weakly mutagenic and affected both a DNA-repair proficient and deficient Salmonella strain. The addition of S9 decreased the effect significantly. Extracts of runoffs from the low-sulfur coal were not mutagenic.^ All extracts were clastogenic. Extracts of runoffs from the high-sulfur coals were both clastogenic and cytotoxic; those from the low-sulfur coal and the lignite were less clastogenic and not cytotoxic. Clastogenicity occurred with and without S9 activation. Chromosomal lesions included gaps, breaks and exchanges. These data suggest a relationship between the sulfur content of a coal, its mutagenicity and also its clastogenicity.^ The runoffs from actual coal piles should be investigated for possible genotoxic effects in view of the data presented in this study.^
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Birth defects are a leading cause of infant mortality in the United States. About one in 33 births in the United States is diagnosed with birth defects. Common birth defects include neural tube defects, Down syndrome and oral clefts. The present study focused on oral clefts. ^ Oral clefts refer to the malformation of lip, mouth or both. Birth prevalence of oral clefts in Texas is about 11 per 10,000 births. Etiologically, oral clefts have been classified into two groups, cleft lip with or without cleft palate (CL±P) and isolated cleft palate (CP). In spite of their high prevalence and clinical significance, the etiology of oral clefts in humans has not been well understood. Though a number of risk factors have been identified in epidemiological studies, most of them do not explain the majority of the cases. The need to identify novel risk factors associated with oral clefts provided the motivation for this study. The present study focused on maternal exposure to several hazardous air pollutants. A common subgroup of hazardous air pollutants is the volatile organic compounds found in petroleum derivatives. Four important hydrocarbons in this group are benzene, toluene, ethyl benzene and xylenes (BTEX). ^ The specific aim of this study was to evaluate the association between maternal exposure to environmental levels of BTEX and oral clefts among offspring in Texas for the period 1999-2008. ^ A case-control study design was used to assess if maternal exposure to BTEX increased the risk of oral clefts. The Texas Birth Defects Registry provided data on cases of non-syndromic oral clefts delivered in Texas during the period 1999-2008. Census tract level maternal exposure to BTEX concentrations were obtained from the Hazardous Air Pollutant Exposure Model (HAPEM) developed by the U.S. Environmental Protection Agency. Unconditional logistic regression was used to assess the relationship between maternal exposure to BTEX levels and risk of oral clefts in offspring. ^ In the selected population, mothers who had high estimated exposure to any of the BTEX compounds were not more likely to deliver an offspring with oral clefts. Future research efforts will focus on additional birth defects and thorough assessment of additional potential confounders.^